张树森，纪楠楠，孙龙

重金属胁迫对紫叶稠李叶片解剖结构的影响

张树森1，纪楠楠2，孙龙2

（1.黑龙江省尚志国有林场管理局，黑龙江哈尔滨150600；2.东北林业大学林学院，黑龙江哈尔滨150040）

以城市绿化栽培品种紫叶稠李（Prunus padus L.）为研究对象，在6种重金属锌、铜、铅、汞、铬、镉的不同浓度胁迫条件下，观测紫叶稠李叶片解剖结构以及抗重金属特征，测定叶片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏组织／海绵组织、角质层厚度等7个指标，并进行了综合评价。结果表明：除镉外，随着其他重金属浓度的增加，栅栏组织逐渐变厚，海绵组织逐渐变薄，而随着镉浓度的逐渐增加，栅栏组织先变厚后变薄，海绵组织逐渐分化，在不同梯度镉浓度重量处理下，角质层厚度显著增加。可见，紫叶稠李具有较强的抗重金属特征，该树种可作为重金属富集区园林绿化树种。

重金属胁迫；叶片解剖结构；紫叶稠李

随着全球经济的飞速发展，含有重金属的污染物通过各种途径进入土壤中，造成土壤中重金属元素富集。土壤遭受污染后不仅影响农作物产量与品质，而且降低大气和水环境质量，并通过食物链影响动物和人类健康，因此，土壤污染关系到人类整个生存环境质量［1，2］。当前，土壤重金属污染已成为环境和土壤学工作者的研究热点。Fakayode和 Owolabi［3］研究了尼日利亚不同车流密度公路旁表层土壤中Pb、Cd、Cu、Ni和Zn的分布，结果表明，公路两侧土壤中重金属含量在车流密度大的地区要高于车流密度小的地区，且随着距公路距离的增大重金属含量呈快速降低趋势。土壤中的重金属会对植物产生一定的毒害作用，使受害植物的株高、主根长度、叶面积等一系列生理特征发生改变［4］。

截至目前，国内外许多学者对重金属危害植物的特征、危害机理以及植物对重金属抗性的反应、抗性机理等方面做了大量研究，研究对象多数以生长期较短的作物或1年生草本植物为主，对紫叶稠李抗锌、铜、铅、汞、铬、镉等重金属污染的研究较少，因此本文选择具有广泛代表性的绿化树种紫叶稠李作为研究对象，从植物解剖学角度，探讨植物受重金属污染后叶片的组织特点和发育规律，为利用植物监测重金属污染和筛选抗性树种提供理论依据。通过观察叶片的栅栏组织厚度、海绵组织厚度、叶片总厚度、上、下表皮细胞厚度以及栅栏组织与海绵组织比值等的变化情况，研究不同重金属污染对植物叶片解剖特征的影响，进而综合评价植物的抗重金属污染能力，研究结果将为重金属污染区选择绿化树种提供理论依据。

1 紫叶稠李形态特征及其分布

紫叶稠李（Prunus padus L.）系蔷薇科稠李属落叶乔木，别名臭李子、臭梨。树高达20～30m，树干灰褐色或黑褐色，浅纵裂；小枝紫褐色，有棱；幼枝灰绿色，近无毛；单叶互生，叶椭圆形，先端突渐尖；两性花，腋生总状花序，花瓣白色，略有异味；核果近球形，黑紫红色。稠李广泛分布于我国东北、华北、西北等地区；俄罗斯、朝鲜、日本亦有分布。喜光、耐阴，抗寒性较强，怕积水涝洼，不耐旱、耐寒（在零下30℃的低温下可安全越冬）、耐瘠薄，在湿润肥沃的砂质壤土上生长良好，萌蘖力强，病虫害少，对土壤要求不严格。紫叶稠李开花较早，白色俏丽，常作为绿化观光树种。

2 材料与方法

本文以2年生紫叶稠李幼苗为研究对象。

栽培基质：取自东北林业大学哈尔滨城市林业示范基地，土质为暗棕壤的腐殖质层、淀积层（pH＝6.5，有机质含量＜10%）和风沙化土壤的混合物。

重金属胁迫：将50余株2年生紫叶稠李幼苗分别栽植到规格相同的容器中，并放置温室内进行培养。2009年7月中旬，根据对照土壤中各重金属含量设计质量分数梯度，设定三种不同梯度的重金属浓度，将含有Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Hg等重金属的化合药剂注入土壤中，重金属浓度设置情况见表1。当年9月采摘3～5株中上部位叶片，用石蜡切片并通过光学显微镜观察植物解剖结构的变化。

表1 重金属胁迫实验中6种重金属及对照质量分数

石蜡切片：取紫叶稠李阳面顶部第3叶片3～5片，用FAA固定液固定。系列试材从50%酒精开始，经70%、85%、95%直至纯酒精（无水乙醇）脱水后，采用60℃熔点石蜡进行包埋，用常规石蜡切片法进行制片，用旋转式切片机（CUT5062）进行切片（厚度10μm），经过番红—固绿对染，二甲苯透明，中性树胶封片等过程［5］，然后在OlympusBH－2光学显微镜下观察拍照。

测量方法：在显微镜下观察，并用Motic Images Advanced3.0测微尺测量叶片栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏组织与海绵组织厚度的比值、上表皮厚度、下表皮厚度、角质层厚度、叶片总厚度等7项指标，数据采用每个切片上5个视野的平均值，5次重复［6－9］。

试验数据采用SPSS17.0和Microsoft Excel 2003软件进行分析处理，通过单因素方差分析和多重比较进行结果分析［10－11］。

3 结果与分析

3.1 紫叶稠李叶片解剖结构特征

紫叶稠李叶肉分化为栅栏组织和海绵组织两部分，栅栏组织通常为两层，排列较紧密，上下表皮均为单层细胞，具角质化层，上表皮细胞较大呈不规则形状，下表皮细胞小且紧密排列，栅栏组织和海绵组织占比大致相等。海绵组织细胞排列疏松，存在大量胞间隙，有的成片连接形成通气组织。主脉和各级侧脉大小出现显著差异，主脉明显突出于叶片的上、下表皮。上表皮厚度为29.87μm，下表皮厚度为12.85μm；角质层厚度为1.05μm，叶片总厚度262.38μm；栅栏组织厚度为92.91μm，海绵组织厚度83.24μm，栅栏组织和海绵组织厚度比值为1.12。

3.2 不同质量分数重金属胁迫下紫叶稠李解剖结构变化

由表2可见，在Zn、Pb、Cu、Cr、Cd和Hg等重金属胁迫下，紫叶稠李栅栏组织与海绵组织厚度与对照相比出现显著变化，具体表现为随着重金属浓度增大，栅栏组织厚度、海绵组织厚度以及二者的比值变化逐渐加强，但当重金属浓度达到试验设计最高值时，栅栏组织和海绵组织厚度均出现了显著性变化。在Zn（200mg·kg－1）、Pb（150mg·kg－1）、Hg（2.0mg·kg－1）最大质量分数条件下，栅栏组织与海绵组织厚度比值最大，分别为1.48、1.55、1.64，随着重金属浓度的逐渐增加，栅栏组织逐渐变厚，而海绵组织则逐渐变薄，结构变化大小为Znc＞Znb＞Zna、Pbc＞Pbb＞Pba、Hgc＞Hgb＞Hga。Cuc＞Cub＞Cua和Crc＞Crb＞Cra，在Cu（300mg· kg－1）和Cr（200mg·kg－1）最大质量分数条件下，栅栏组织与海绵组织厚度比值达最大，分别为1.61和1.59。在Cd（0.25mg·kg－1）最小质量分数条件下，栅栏组织与海绵组织厚度比值达到最大值，随着Cd浓度的不断增加，栅栏组织厚度减少，海绵组织厚度逐渐分化，在Cda、Cdb浓度条件下，角质层厚度也出现了显著变化，结构变化大小为Cda＞Cdb＞Cdc（见表2）。

表26种重金属胁迫对紫叶稠李叶片解剖结构变化分析结果

注：＊表示与对照相比，在P＜0.05水平上显著；＊＊表示在P＜0.01水平上极显著。

4 结论

紫叶稠李在Pb、Cu、Zn、Cd、Cr和Hg等重金属的胁迫下，栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏组织与海绵组织厚度比值、上表皮厚度、下表皮厚度、角质层厚度及叶片总厚度均发生了不同程度的变化。为适应环境的变化，紫叶稠李解剖结构中的栅栏薄壁细胞组织厚度逐渐增大，海绵组织薄壁细胞逐渐分化、栅栏组织与海绵组织的比值增大，角质层厚度逐渐加大。试验结果表明紫叶稠李的抗重金属能力较强。

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Effect of Heavy Metal Stress on Leaf Anatomical Structure of Prunus padus

Zhang Shusen1，JiNanna2，Sun Long2
（1.Shangzhi Administrative Bureau of National Forest Farm in Heilongjiang Prov.Harbin150600，China；2.Northeast Forestry University，Harbin150040，China）

Taking Prunus padus as research object，stress experiments with different concentration of zinc，copper，lead，mercury，chromium，cadmium were conducted.The anatomical structure and heavy metals resistance characteristics of leaves were observed.Leaf thickness，thickness of the epidermis，lower epidermis，palisade tissue，spongy tissue，palisade tissue／spongy tissue ＆cuticle were evaluated.Result shows that apart from the Cd，the thickness of the fence is thickened and the thickness of the sponge is thinning as the concentration of other heavy metals increases.In addition to Cd，With the gradual increase in the concentration of other heavy metals，thickness of palisade tissue are thicker，thickness of sponge tissue are thinner.With the gradual increase of Cd concentration，palisade tissue becomes thicker at first and then thinner；spongy tissue are gradually differentiated；thickness of cuticle increased significantly；result shows that Prunus padus have characteristics of strong anti－heavy metal.So the tree species can be used as landscaping tree species in heavy－metal－enrichment area.

heavy metal stress；leaf anatomical structure；Prunus padus

S891.3

A

10.13601／j.issn.1005－5215.2017.07.029

2017－06－26

国家自然科学基金项目（31470657）

张树森，男，大学，高级工程师，从事森林经营研究，Emali：zssymp＠126.com

孙龙，博士，从事森林生态研究，Email：13945016458＠126.com